多级磁脉冲压缩驱动的重频高压SOS脉冲源系统

本发明属于脉冲功率，特别是涉及多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统。

背景技术：

1、脉冲功率技术被应用于高功率微波、雷达、高能物理和电磁脉冲效应研究等科研和军事领域，以及环境工程、生物医学、材料科学等众多民用和工业领域。对脉冲功率技术的要求也在不断朝着高重频、高功率、长寿命、高稳定性和紧凑化方向发展。

2、脉冲源系统主要包括储能元件和脉冲压缩环节，脉冲源技术的核心技术在于储能方式和承担对能量进行快速切换作用的开关，传统的脉冲源多使用电容储能，组成marx电路或者利用变压器等方式进行能量的压缩，负责进行能量切换的开关通常根据应用场景的不同使用气体开关或传统半导体开关如mosfet、i gbt等，受制于储能密度限制和开关性能，脉冲源技术的难点往往在于难以同时满足其对高重复频率和高功率的要求。

3、半导体断路开关sos(semi conductor open i ng switch)的出现为高重频高功率高压脉冲的产生提供了技术方案，sos在脉冲功率系统中具有巨大的应用潜力，但目前对其开发研究较少，对系统供能的大功率充电电路的设计研制，多级磁脉冲压缩驱动电路的设计优化以及高压高重频脉冲源的研制等方面仍然存在空缺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，解决了现有的脉冲源系统无法满足高重复频率和高功率的要求。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明提供的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，包括充电单元、磁脉冲压缩电路、半导体断路开关sos压缩放大单元，其中，所述充电单元的电源输入端连接外接交流电源，所述充电单元的电源输出端连接磁脉冲压缩电路的输入端，所述磁脉冲压缩电路的输出端连接半导体断路开关sos压缩放大单元，所述半导体断路开关sos压缩放大单元的输出端连接负载。

4、优选地，所述充电单元通过三相全桥整流电路与外接交流电源连接。

5、优选地，所述充电单元包括电容c0、电容c1、主谐振充电电感l0、线路杂散等效电感l1′、吸能电感l1、变压器spt1、二极管d7、初级开关s1和二极管d8，其中：

6、所述电容c0、二极管d7、主谐振充电电感l0、电容c1、吸能电感l1和变压器spt1原边构成谐振充电回路，用以向电容c1谐振充电至两倍整流直流电压；

7、所述电容c1、二极管d8和吸能电感l1构成能量回收电路，用以对电容c1放电后的反向电压提供回收能量的通道；

8、所述电容c1、初级开关s1和变压器spt1构成放电回路，用以向变压器spt1副边高压部分放电。

9、优选地，所述电容c0的输入端经过三相全桥整流电路的输出端连接外接交流电源，所述电容c0的一端依次连接有二极管d7、主谐振充电电感l0、吸能电感l1、线路杂散等效电感l1′和电容c1，所述电容c1连接变压器spt1的原边同名端；所述电容c0的另一端连接变压器spt1的原边异名端；

10、所述二极管d8的阴极连接至主谐振充电电感l0和吸能电感l1之间，所述二极管d8的阳极连接变压器spt1的原边异名端；

11、所述初级开关s1的阳极连接至主吸能电感l1和线路杂散等效电感l1′之间，所述初级开关s1的阴极连接变压器spt1的原边异名端；

12、所述变压器spt1的副边连接磁脉冲压缩单元。

13、优选地，所述变压器spt1变比为1：35。

14、优选地，所述磁脉冲压缩电路包括电容c2、电容c3、磁开关ms、变压器spt2，其中：

15、所述电容c3的输出端与磁开关ms的输入端串接，所述磁开关ms的输出端与变压器器spt2的原边同名端连接；

16、所述电容c3的输入端与电容c2的输入端连接，所述电容c2的输出端接变压器器spt2的原边异名端连接；

17、所述电容c2和电容c3的输入端接充电单元的变压器spt1的副边异名端。

18、优选地，所述变压器spt2变比为1:5。

19、优选地，所述半导体断路开关sos压缩放大单元包括半导体断路开关sos和电容c4，其中：

20、所述半导体断路开关sos的阳极与磁脉冲压缩电路的变压器spt2的副边同名端连接，所述变压器spt2的副边异名端连接电容c4，电容c4和半导体断路开关sos的阴极均接地。

21、优选地，所述半导体断路开关sos包括三个串接的180-4开关。

22、优选地，所述负载的一端与磁脉冲压缩电路的变压器spt2的副边同名端连接，所述负载的另一端接地。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明提供的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，以半导体断路开关sos为核心开关器件，利用磁开关、可饱和脉冲变压器构成多级磁脉冲压缩驱动电路，使用电容、电感混合储能方式，提供了一套稳定可控的可同时实现高重复频率和高电压输出的脉冲源系统，该系统可实现最高峰值功率52mw，最高电压300kv，最高重复运行频率3khz。

25、进一步的，通过对充电单元的设计，即充电单元设计了谐振充电回路、能量回收电路和放电回路，大大提高了功率限制，同时，通过磁开关与半导体断路开关sos的组合电路实现了大功率、高电压、高重频的脉冲输出，在x射线产生、高功率微波、电磁效应实验研究等众多领域有着广泛应用前景。

26、进一步的，在产生一个输出脉冲的工作周期中，由于电容的充电电流与放电电流是反向的，对于可饱和脉冲变压器和磁开关来说，其所在支路的电容充电/放电电流正好对磁芯起到了去磁作用，因此整个电路不需要附加额外的去磁回路，简化了脉冲源系统结构。

27、进一步的，使用了三个磁压缩元件，每一次能量通过磁性元件，就实现了一次电压和电流的放大和脉冲时间的缩短，这是为了将脉冲能量进行压缩的同时，向半导体断路开关sos提供一个经过多级压缩后的快速高幅值泵浦驱动电流，该驱动电路的压缩功能被分配给三个磁芯元件，综合考虑了系统的复杂度与体积大小。

28、进一步的，该脉冲源系统采用固态器件，提高了系统的紧凑性和稳定度。通过对初级开关晶闸管的控制，可以灵活实现对系统的工作频率可控；通过对调压器的控制，可以实现输出脉冲幅值可控。

技术特征：

1.多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，包括充电单元、磁脉冲压缩电路、半导体断路开关sos压缩放大单元，其中，所述充电单元的电源输入端连接外接交流电源，所述充电单元的电源输出端连接磁脉冲压缩电路的输入端，所述磁脉冲压缩电路的输出端连接半导体断路开关sos压缩放大单元，所述半导体断路开关sos压缩放大单元的输出端连接负载。

2.根据权利要求1所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述充电单元通过三相全桥整流电路与外接交流电源连接。

3.根据权利要求1所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述充电单元包括电容c0、电容c1、主谐振充电电感l0、线路杂散等效电感l1′、吸能电感l1、变压器spt1、二极管d7、初级开关s1和二极管d8，其中：

4.根据权利要求3所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述电容c0的输入端经过三相全桥整流电路的输出端连接外接交流电源，所述电容c0的一端依次连接有二极管d7、主谐振充电电感l0、吸能电感l1、线路杂散等效电感l1′和电容c1，所述电容c1连接变压器spt1的原边同名端；所述电容c0的另一端连接变压器spt1的原边异名端；

5.根据权利要求3或4所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述变压器spt1变比为1：35。

6.根据权利要求1所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述磁脉冲压缩电路包括电容c2、电容c3、磁开关ms、变压器spt2，其中：

7.根据权利要求5所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述变压器spt2变比为1:5。

8.根据权利要求1所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述半导体断路开关sos压缩放大单元包括半导体断路开关sos和电容c4，其中：

9.根据权利要求8所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述半导体断路开关sos包括三个串接的180-4开关。

10.根据权利要求1所述的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压sos脉冲源系统，其特征在于，所述负载的一端与磁脉冲压缩电路的变压器spt2的副边同名端连接，所述负载的另一端接地。

技术总结本发明提供的多级磁脉冲压缩驱动的重频高压SOS脉冲源系统，包括充电单元、磁脉冲压缩电路、半导体断路开关SOS压缩放大单元，其中，所述充电单元的电源输入端连接外接交流电源，所述充电单元的电源输出端连接磁脉冲压缩电路的输入端，所述磁脉冲压缩电路的输出端连接半导体断路开关SOS压缩放大单元，所述半导体断路开关SOS压缩放大单元的输出端连接负载；本发明能够提供稳定可控的且同时能够实现高重复频率和高电压输出的脉冲源系统，该系统可实现最高峰值功率52MW，最高电压300kV，最高重复运行频率3kHz。技术研发人员：谢彦召,杨洁,陈宇浩受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29